23.04.2001

Se hai altre
curiosita'

formula qui
la tua domanda

Giampiero chiede:

Mi piacerebbe sapere in quale tipo di modulazione di frequenza funzionano gli apparecchi, dal modem all'isdn all cellulare gsm al satellite tv.

(risponde Gianfranco Verbana)

Le modulazioni utilizzate sui vasti scenari di telecomunicazione elencati nella domanda, non sono tipi diversi di modulazione di frequenza, ma utilizzano modulazioni completamente differenti.

Per meglio comprendere il motivo di tali differenziazioni ritengo utile un brevissimo cenno sulla modulazione.

In linea di principio la modulazione è una “operazione “ che elabora il messaggio che si vuole trasmettere, (segnale modulante) al fine di ottenere una versione più adatta ad attraversare il canale fisico (mezzo trasmissivo: cavo, aria, fibra).

In tale operazione interviene comunemente un segnale periodico ausiliario, detto portante.

La modulazione è quindi una trasformazione del tipo:

Dove:

s (t) è il segnale modulante (messaggio)

v₀   è la portante

v (t) è il segnale modulato

K_{M (.)} è il funzionale del modulatore

Il segnale v (t) è inserito all’ingresso del canale fisico. In ricezione il messaggio s (t) è recuperato mediante la trasformazione inversa, cioè la demodulazione.

La modalità con cui la portante viene fatta variare potrebbe essere arbitraria, tuttavia il segnale periodico v₀ possiede tre parametri: ampiezza, frequenza e fase che fatti variare in maniera proporzionale al messaggio s (t) si ottengono tre tipi di modulazioni sinusoidali.

Se il messaggio della sorgente s (t) è analogico cioè a tempo e ampiezze continue, a secondo del funzionale K_{M (.),} otteniamo le classiche modulazioni d’ampiezza, di frequenza  e di fase.

Se il segnale s (nT) è numerico cioè a tempi e ampiezze discrete, a secondo del funzionale K_{M (.)}   il modulatore fa corrispondere alla sequenza del segnale numerico d’ingresso un ordinato e definito insieme di una vasta classe di modulazioni.

Variando ampiezza, frequenza e fase della portante otteniamo:

·        Ampiezze portante:  m-PAM (Pulse Amplitude Modulation), m- QAM. (Quadrature Amplitude Modulation)

·        Fasi della portante: Phase shift keying m-PSK

·        Frequenza della portante: m-FSK (Frequency shift Keying), MSK (Minimum Shift Keying), GMSK (gaussian MSK).

Dove m rappresenta i livelli di modulazioni =2^k   e K = numero di bit per simbolo. 

Ognuna di queste classi di modulazioni presenta vantaggi e svantaggi verso larghezza di banda, potenza, degradazioni, vulnerabilità verso rumore, interferenti, raggi riflessi ecc.

 In breve possiamo dire che una modulazione robusta ad alta efficienza di potenza sarà inefficiente verso occupazione di banda, viceversa una modulazione ad altissima efficienza spettrale sarà facilmente vulnerabile verso rumore e interferenti.

Non è possibile stabilire a priori quale modulazione è migliore, senza una conoscenza analitica: delle caratteristiche del canale fisico, del tipo di codifica di sorgente che possiede il  segnale modulante s (t) (esempio PCM .Pulse Code Modulation) e della codifica di canale (codice correttore d’errori)

 Il confronto fra i vari tipi di modulazione richiede la conoscenza di diverse discipline elettriche

Comunque la scelta finale è sempre un compromesso tra le esigenze di robustezza, le restrizioni del mezzo trasmissivo e vincolo di bassi consumi energetici.

 Ad esempio l’impiego di un unico schema di modulazione sul satellite, o sul cavo sarebbe impossibile. Il canale del satellite non è lineare: per motivi di consumi e di dimensioni delle antenne, si vuole irradiare la massima potenza disponibile; a sua volta non è limitato in banda. Viceversa la rete in cavo è sostanzialmente lineare con rapporti segnale rumore elevati ma è limitata in banda.

La migliore modulazione per le trasmissioni televisive satellitari analogiche è la modulazione di frequenza.Essa permette di incrementare la potenza trasmessa del satellite saturando gli amplificatori finali di potenza a scapito di una maggiore banda utilizzata.

Per il digitale televisivo satellitare, la scelta ottima è il 4PSK denominato anche QPSK (quadrature PSK) che permette di quasi saturare gli stadi di potenza e funziona correttamente fino a bassi rapporti segnale/rumore.

La modulazione GMSK, scelta sui sistemi mobili GSM, può essere considerata come una variante della modulazione di frequenza a fase continua, in particolare della modulazione MSK a scostamento minimo.Come le modulazioni di frequenza presentano il vantaggio di un alta efficienza di potenza, elemento ritenuti indispensabili per ottenere un basso consumo e quindi maggior autonomia del telefonino. Filtrando i dati tramite un filtro con risposta ampiezza frequenza del tipo gaussiano, si ottiene una buona caratteristica spettrale concentrando la potenza del segnale nelle immediate vicinanze della portante senza generare spurie verso i telefonini che occupano canali adiacenti. I filtri gaussiani si differenziano tra loro con un parametro che è il prodotto della larghezza di banda del filtro e del tempo di bit che lo attraversa. Nei sistemi GSM il valore è di 0,3 da cui la sigla 0,3 GMSK.

In base alle considerazioni esposte riassumo in forma tabellare i tipi e le caratteristiche delle modulazioni utilizzati su diversi  scenari numerici

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